k*
22
Zo werken
batterijen
tter'i
Het is behelpen met de batterijen van nu.
Ze zijn onrendabel, onveilig en snel versleten.
Wetenschapper Mark Huijben werkt in Twente
aan een betere batterij, een 'alleskunner'.
elektron
elektrolyt
Nu met vloeibaar
elektrolyt...
...binnenkort:
solid state
Vrijwel dagelijks ergeren we
ons aan een batterij. Omdat
het icoontje op de smart-
phone alweer rood staat
('Wie heeft er een oplaad-
snoertje?'), de kruimeldief geen puf
meer heeft of de elektrische auto snel
aan de stekker moet.
Het is de ergernis van ongelijke snel
heden. Auto's, smartphones en andere
uitvindingen die energie behoeven, ver
beteren zich met de snelheid van de dag,
maar de energiebron - de batterij - kan
het tempo niet bijbenen. In 1991 kwam
de lithium-ion batterij op de markt, voor
21ste eeuwse begrippen al bijna een
lichtjaar geleden. Toch is deze batterij
nog steeds de energiebron die bijvoor-
beeld de smartphone in leven houdt.
„Een batterij bestaat uit drie onderde
len: kathode, elektrolyt en anode", zegt
professor Mark Huijben (40), batterij
onderzoeker verbonden aan de Universi
teit Twente. „In de raakvlakken daartus
sen gebeuren allerlei processen, reacties
die zorgen dat er problemen ontstaan.
Die raakvlakken zijn de bottleneck. Daar
richt ons onderzoek zich nu op. Aller
eerst wil ik weten wat daar gebeurt, tot
op de grootte van atomen. En als ik dat
weet: hoe kan ik dat dan voorkomen of
beïnvloeden, om zo de capaciteit en de
levensduur fors te vergroten."
Elektrolyt is een lithium-geleidende
zure vloeistof die heftige reacties met
ander materiaal veroorzaakt. „Als die
vervangen kan worden door een vast
materiaal heeft dat grote voordelen: de
accu's zijn dan veiliger, kunnen sneller
worden opgeladen, hebben een hogere
energiedichtheid en zijn minder zwaar,
want het vloeibare elektrolyt moet nu ter
bescherming goed worden verpakt."
Huijben laat een vaste stofbatterij zien:
een plat, dun schijfje met folie eromheen.
Hij zet er een normale batterij naast. „Als
ik met deze schijfjes eenzelfde volume
opbouw, heeft die nieuwe batterij veel
meer energie dan de bestaande. Met al
leen een folie aan de plus- en minkant
kun je de nieuwe ook flexibel maken."
Pacemaker
Dat biedt ongekende mogelijkheden.
Denk bijvoorbeeld aan een piepkleine
pacemaker die z'n energie haalt uit be
weging en temperatuur en een mensen
leven lang meegaat.
Het onderzoek, waarbij Huijben ge
bruikmaakt van nanotechnologie, moet
superdunne coatings opleveren die het
vloeibare elektrolyt kunnen vervangen.
Materiaal dat Huijben met behulp van
uv-lasers atoomlaag voor atoomlaag op
bouwt. „Het is lego op atomaire schaal.
Elk materiaal is zijn eigen blokje en door
combinaties te maken kun je nieuwe
materialen ontwerpen, met pilaartjes op
nanoschaal die grote hoeveelheden ener
gie kunnen opslaan."
Huijbens grondstof is lithium-man-
gaan-oxide. „De kracht zit hem in dat
mangaan. In de batterij zit nu lithium-
kobalt-oxide en kobalt is zeldzaam, vre
selijk duur. Helaas zorgt mangaan nog
voor een instabiele werking. Het is nu
aan ons om daaraan te werken."
In het NanoLab is elk stofje een vijand.
Onderzoekers en technici lopen er 'ver
pakt' rond in een superschone omge
ving, inclusief mondkapje en muts. Ook
trillingen, hoe miniem ook, zijn uit den
boze. Daarom staan de instrumenten op
'schokbrekers'.
Verwacht geen luide discussies in het
laboratorium, maar wel af en toe een be
heerst 'eureka-moment'. De jacht op de
betere batterij ziet er uit zoals hij is:
noest, zorgvuldig werk dat vraagt om
een flexibele, creatieve geest met veel ge
duld en volharding. Het is een jacht van
de lange adem, geen sprint.
De testopstelling is sober: op een tafel
liggen een reeks 'proefresultaten' aan
ZATERDAG 13 OKTOBER 2018 GO
NSCHAP 'Over tien jaar hoef je hem
4 In een opgeladen batterij
bevinden zich elektronen
bij de anode. Zij willen
reizen naar de kathode,
maar worden geblok
keerd door elektrolyt
en separator.
Dit voorkomt dat de
batterij leegloopt.
Wordt er nu een lamp
aangesloten, dan kunnen
elektronen alleen via de
lamp naar de kathode.
Onderweg laten ze de
lamp branden.
Lithium-ionen
(de atomen die
hun elektronen
zijn kwijtgeraakt)
willen ook naar
de kathode.
Zij kunnen
wél door de
elektrolyt
en separator
reizen.
In een batterij
kunnen deze
laagjes worden
'opgerold'.
$0
Het elektrolyt is een zure gel of
vloeistof. Het kan echter lekken of
in brand vliegen. Ook geeft het
kans op kortsluiting.
In de toekomst vormen elektrolyt en
separator één dun laagje vaste stof.
Lekken is onmogelijk en de
laadsnelheid en energiecapaciteit
gaan drastisch omhoog.
Batterij van Nederlandse
HANS VAN ZON
